Библиотека Интернет Индустрии I2R.ru |
|||
|
Flash-память -- долгожданный реваншFlash-память известна и широко применяется достаточно давно. Однако вплоть до последних лет популярность обходила ее стороной, внимание индустрии было приковано к микросхемам DRAM, магнитным носителям, компакт-дискам, но только не к скромным квадратикам flash-памяти. С приходом эры мобильности наследница EEPROM словно обрела второе дыхание. Время становленияИзобретателем flash-памяти считается корпорация Intel (1988 г.), а название технологии произошло от метода стирания -- вся микросхема за раз. Впоследствии чипы flash избавились от этого недостатка, и теперь стирание происходит побайтово или постранично. Тем не менее название прижилось и используется по сей день. Здесь необходимо пролить свет на то, что общего и какие различия между терминами flash и EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Если быть точным до конца, то они не эквивалентны. Архитектура EEPROM была разработана существенно раньше, и она изначально обеспечивала возможность побитового стирания информации. Flash является развитием EEPROM в направлении удешевления производства, но отнюдь не в сторону технического совершенства.Первый чип на основе flash-технологии емкостью 256 Kb был использован в медицинской аппаратуре производства Hewlett-Packard. Тогда партия чипов обходилась в $20 за штуку или $640 за мегабайт. Спустя 12 лет, в мае 2000 г., Intel отметила продажу миллиардной микросхемы, причем 45% изделий из этого миллиарда было поставлено производителям мобильных телефонов. В 90-х годах на основе существующей низкоуровневой технологии компании стали одна за другой придумывать способы реализации старой идеи в новой упаковке. Так, вслед за впервые показанной на осеннем COMDEX в ноябре 1995 г. Solid-State Floppy-Disk Card (SSFDC), или SmartMedia, бесконтроллерной памяти типа NAND (Not AND) от Toshiba (плод альянса с IBM, образованного еще в 1992 г.), в 1994 г. появились карты CompactFlash от SanDisk, а совсем недавно, пару лет назад (в 1998 г.) Sony тоже сказала свое "веское слово", анонсировав Memory Stick. Удобство использования карт памяти и их надежность изначально существенно превышали аналогичные параметры магнитных носителей, однако низкие темпы продаж были обусловлены высокой стоимостью полупроводниковых изделий. Лишь когда спрос на компактные, надежные и с низким потреблением энергии носители информации превысил некоторый критический уровень вследствие увеличения рынка мобильных устройств, а цена на чипы упала -- настал звездный час flash-памяти. Flash: прошлое и настоящее
Типы flash-памяти можно рассматривать на трех уровнях: интерфейсном, видов организации
ячеек и типов ячеек. Мы остановимся лишь на двух последних. Вначале коснемся вопроса
внутренней организации чипа EEPROM. Сперва ответим на вопрос, что подразумевается
под "внутренней организацией"? На самом деле, очень простая вещь -- способ соединения
ячеек. Например, сегодня наиболее популярны (~75% рынка) чипы типа NOR (Not OR).
Каждая ячейка в такой микросхеме подключена к двум перпендикулярным линиям --
битов (bit line) и слов (word line). Суть логической операции NOR -- в переходе
линии битов в состояние "0", если хотя бы один из транзисторов-ячеек, подсоединенных
к ней, включен или, говоря иначе, проводит ток. Селекция читаемой ячейки осуществляется
с помощью линии слов. Все ячейки памяти NOR, согласно правилам, подключены к своим
битовым линиям параллельно (рис. 1, а).
Типы ячеекStacked Gate Cell
Ячейка с многослойным затвором -- наиболее старый и одновременно простой тип ячейки
памяти EEPROM. В основе ее лежит полевой транзистор, имеющий, впрочем, некоторое
отличие от классического аналога в виде еще одного, так называемого плавающего
затвора. Этот затвор является неотъемлемой частью всех модификаций flash-памяти:
он играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное
значение. На плавающий затвор путем двух квантовых процессов помещаются заряды
с разными значениями, которые влияют на поле основного, или управляющего затвора
(рис. 2). Two Transistor Thin Oxide Cell
Это двухтранзисторная ячейка с тонким слоем окисла. Второй транзистор позволяет
избавиться от многих недостатков, присущих однотранзисторным ячейкам. Второй транзистор
(рис. 3) используется для изоляции ячейки от битовой линии. Что ж, чрезмерные
требования к производственному процессу и занимаемому ячейкой пространству компенсируются
исчезновением проблем, связанных с избыточным удалением, когда одна ячейка блокирует
работу всех остальных на общей битовой линии. Напряжения стирания и программирования
несколько снижены за счет формирования небольшой зоны более тонкого слоя окиси
кремния (8,5 нм). Ток программирования достигает всего 10 pA -- значительный шаг
вперед по сравнению с вышеописанным типом ячейки (1 mA). В этом нет ничего удивительного
-- в двухтранзисторной ячейке все операции с плавающим затвором основаны на эффекте
туннелирования. Чтобы запрограммировать ячейку, отрицательное высокое напряжение
подается на управляющий затвор (электроны туннелируют на плавающий затвор), а
чтобы стереть -- положительное подается на сток (электроны туннелируют с плавающего
затвора на сток). SST CellЕсли предыдущие варианты реализации ячеек памяти EEPROM получили названия согласно своей физической сути, то имя SST является не чем иным, как аббревиатурой от Silicon Storage Technology. Технология была изобретена в этой компании, и она по праву решила увековечить себя хотя бы в наименовании ячейки.
В сравнении с вышеописанными устройствами SST Cell выглядит более изящно (рис.
4). Как обычно, ячейки объединены вдоль линий слов (страницы) и линий бит (секторы).
Ячейки, соединенные управляющими базами, образуют слова, ячейки, соединенные стоками,
-- битовые линии. Пару слов (четные и нечетные биты), связанные общим истоком,
называют страницей, которая удаляется как единый элемент. Страничная организация
частично снимает вопрос перекрестного влияния операций удаления и программирования,
ограничивая этот эффект пределами одной страницы. Два слова о будущемИ в конце этого небольшого обзора технологий упомянем новые разновидности flash-памяти, одну из которых недавно разработала корпорация Intel -- StrataFlash. За счет технологии multilevel cell (MLC), аналога ML-ROM, она позволяет в каждой ячейке хранить два бита информации. Это достигается тем, что StrataFlash оперирует четырьмя уровнями заряда, кодирующими два бита. Уровень заряда определяет напряжение, которое необходимо приложить к управляющему затвору, чтобы открыть транзистор. Забавно, но в данном случае технология повторяет уже пройденный путь: когда-то в прошлом некоторые автоответчики снабжались flash-памятью, позволявшей при небольшом объеме записывать аудиофрагменты значительной длительности. Магия, достойная Гарри Поттера, на поверку оказалась обыкновенным фокусом: в ячейки записывался аналоговый, т. е., выражаясь модными ныне терминами, многоуровневый сигнал.Intel первый, но не единственный игрок на рынке MLC. Вслед за корпорацией-первопроходцем технологию начали осваивать STMicroelectronics, SanDisk, Hynix, Samsung, Sharp и Toshiba. Помимо вышеперечисленных компаний, необходимо помнить об альянсе AMD (одного из крупнейших поставщиков flash-памяти) и Fujitsu, который обещает скорое появление альтернативы MLC для чипов NAND-типа (разработками занимается венчурная фирма FASL). Методика называется Mirror Bit и в корне отличается от многоуровневой ячейки Intel. В данном случае речь идет действительно о двух раздельно хранящихся битах. Еще одна мультибитовая технология является плодом усилий компании Saifun -- Nitrided ROM (NROM). Методика позволяет не только хранить по два бита в одной ячейке, но и упрощает процесс изготовления микросхем. В разработке участвуют Infineon и Hynix. Первый анонсированный чип будет иметь емкость 512 Mb. |
|
2000-2008 г. Все авторские права соблюдены. |
|